专利名称：：以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于电子元器件冷却的平板热管，具体是一种以水基铜纳米颗粒悬浮液为工质的小型毛细泵回路平板热管。技术背景随着现代科技的高速发展，电子元器件工作频率越来越高，微电子器件封装密度也得到了迅速提高，导致芯片的耗散功率密度(即所产生的热流密度)迅速提高；电子设备日益复杂，而且不断向小型化方向发展，以适应空间尺寸的特殊要求，从而导致元器件集成度的提高，热量集中，电子设备局部温度过高，导致电子元器件工作于高温环境而失效。因此有效地解决电子元器件的散热问题己成为当前电子电气设备制造的关键技术。热管具有利用相变高效散热的优点，因而被认为是解决电子散热问题的最有效途径之一。毛细泵回路(CPL)热管除了具有普通热管的很高的导热性、优良的等温性、热流密度的可变性以外，更为重要的是它可以有效的应用于小温差、长距离、无附加动力的能量传递过程。目前，使用纯液体为工质的CPL在空间站、现代通讯卫星、宇宙飞船的冷却等方面有着广阔的应用前景。近年来，纳米技术开始应用于热管技术。由于纳米粒子具有小尺寸效应、界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，使纳米粒子在结构、光电、磁学和化学性质等方面表现出特异性。随着纳米材料科学的迅速发展，一些学者已开始尝试将纳米颗粒与流体混合，制成纳米颗粒悬浮液，强化对流换热，给强化传热技术带来了蓬勃生机。在热管循环工质中加入各类金属或金属氧化物纳米颗粒，改变了循环工质的结构和物性，增强了内部能量的传递过程、增大了纳米流体的换热系数，使加热器温度场更加均匀，换热功率更大。因此，纳米流体(纳米粒子悬浮液)作为一种新型的强化传热工质有着广阔的应用前景。经对现有技术的文献检索发现，一般的平板式CPL蒸发器都采用单一尺寸的金属网吸液芯结构。如中国专利公开号为CN1725947A,该专利提出的带微槽传热面的双层金属网吸液芯(下层孔径小，上层孔径大)结构。所有的平板式CPL专利都使用常规工质(主要以水为工质)，侧重于改变结构来完善热管性能，没有涉及纳米颗粒悬浮液为CPL运行工质的报道。
发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以水基铜纳米颗粒悬浮液为工质的小型毛细泵回路平板热管，使其能够实现长距离热输送，提高热管的传热性能。本发明采用铜纳米悬浮液作为毛细泵回路热管的工质，采用平板型蒸发器，以丝网提供的毛细力作为驱动力，驱动液体工质在环路内流动。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、液体通道。蒸发器一端通过蒸汽通道连接冷凝器的一端，冷凝器的另一端通过液体通道连接到蒸发器的另一端。工质在蒸发器中吸热变成蒸汽，蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝器中冷凝，冷凝后的工质经过液体通道流入蒸发器中。本发明中的蒸发器内使用两种规格的不锈钢丝网组成双层毛细结构，丝网总厚度为6腿-9mm，底层用的是150目的丝网，其厚度约为2—4mm;上层用的是300目的丝网，其厚度约为4-5mm。上层丝网较细，有较大的毛细力，下层丝网较粗，有利于加强纳米粒子在液体中的再悬浮特性。本发明热管中的工质为水基铜纳米悬浮液，最佳充液率为整个热管系统容积的50%60%，在此范围内，充液量对换热特性基本没有影响，铜纳米颗粒的最佳质量浓度为1%_2%，铜纳米颗粒的平均直径在20纳米到50纳米之间。所用的铜纳米悬浮液是用蒸馏水和铜纳米颗粒经过超声波振荡而制成。蒸发器中的毛细结构为丝网。冷凝器采用套管式水冷结构，蒸汽在内管流动，冷却水在外管流动。也可采用其他冷却方式，如风冷。当系统运行时，蒸发器从热源吸收热量而蒸发汽化，产生的蒸汽经过蒸汽通道进入冷凝器，蒸汽在冷凝器中向冷却水放出热量而凝结成液体，凝结液由丝网提供的毛细力回到蒸发器，如此循环，实现能量交换过程。本发明的结构特征主要在蒸发器所用的毛细结构上和选用工质上，若用烧结芯或极细的丝网，则工质中的纳米颗粒容易堵塞烧结芯和丝网中的微小通道，若丝网过于稀疏，将降低系统毛细力和劣化传热性能。只有采用特定规格的不锈钢丝网才能既避免纳米颗粒堵塞通道问题，又不降低丝网毛细力。本发明中的以铜纳米颗粒悬浮液为工质的CPL热管，同以纯水为工质的CPL相比，能够降低系统的总热阻，提高系统的换热特性。热管的总热阻可降低40%左右，换热效率提高40%，最大散热功率也能提高30%。可广泛应用于航空航天、电子设备冷却等领域。图1为本发明CPL的系统图。图1中，l为蒸发器，2为蒸汽通道，3为冷却水出口，4为冷凝器，5为冷却水入口，6为液体通道。图2为CPL蒸发器的结构图。图2中，7为粗金属丝网，8为细金属丝网，9为蒸汽管道，IO为丝网支撑架，ll为液体回流管道具体实施方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本发明主要是由蒸发器l、蒸汽通道2、冷凝器4、液体通道6组成，蒸发器1一端通过蒸汽通道2连接冷凝器4的一端，冷凝器4的另一端通过液体通道6连接到蒸发器1的另一端，工质在蒸发器1中吸热变成蒸汽，蒸汽经过蒸汽通道2进入冷凝器4中冷凝，冷凝后的工质经过液体通道6流入蒸发器l中。蒸发器l为一水平放置的圆柱形或方形腔体，底部为加热面，以适应计算机芯片冷却需要。本发明的特征主要在于选用纳米流体以及与之匹配的不锈钢丝网毛细结构上。本实施例中的蒸发器1内使用两种规格的不锈钢丝网组成毛细结构，丝网总厚度为6—9mm，底层用的是150目的丝网，其厚度约为2—4mm;上层用的是300目的丝网，其厚度约为4一5画。本发明采用的纳米颗粒悬浮液为纯水与铜纳米颗粒经过超声波振荡而成。铜纳米颗粒的最佳质量浓度为lwt%-2wtt所用的铜纳米颗粒直径为20nm-50nm。本发明的以纳米颗粒悬浮液为工质的CPL热管中的纳米颗粒在静置后重新启动时，都能在热管加热形成的工质自然对流作用下，迅速形成均匀的纳米悬浮液，起到强化换热的效果。本发明中纳米颗粒悬浮液的最佳充液率为系统总容积的50-60%，所用的铜纳米颗粒直径为20nm-50nm。在此范围内，充液量和颗粒尺寸对换热特性基本无影响。本发明的一个实施例中，CPL蒸发器1的结构如图2所示，蒸发器1外径为37腿，内径为31画，底部铺设的是粗丝网7，上层是细丝网8，其上用内径为31腿，高度4mm的支撑架10固定，使丝网紧贴壁面。本实施例运行时，先在低热负荷工况下运行数分钟，使沉降在蒸发器1底部的铜纳米颗粒在浮力作用下与基液混合悬浮，即可正常运行。本发明采用不同质量浓度的铜纳米悬浮液为工质的实施例的数据如表1所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，包括蒸发器、蒸汽通道、冷凝器和液体通道，其特征在于，所述的蒸发器内设有双层毛细结构，双层毛细结构由两种规格的不锈钢丝网组成，蒸发器中设有铜纳米颗粒悬浮液，蒸发器一端通过蒸汽通道连接冷凝器的一端，冷凝器的另一端通过液体通道连接到蒸发器的另一端。2、根据权利要求1所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述不锈钢丝网总厚度为6mm-9mm。3、根据权利要求1或2所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述不锈钢丝网，其底层是150目的丝网，厚度为2mm—4rmn。4、根据权利要求1或2所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述不锈钢丝网，其上层是300目的丝网，厚度为4mm-5隱。5、根据权利要求1所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述铜纳米颗粒悬浮液为纯水与铜纳米颗粒经超声波振荡而成的混合液，悬浮液中铜纳米颗粒质量浓度为1%-2%。6、根据权利要求1或5所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述铜纳米颗粒悬浮液，其充液率为系统总容积的50%—60%。7、根据权利要求1或5所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述铜纳米颗粒平均直径在20纳米到50纳米之间。8、根据权利要求1所述的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，其特征是，所述冷凝器为套管式水冷结构。全文摘要本发明涉及一种用于电子元器件的以水基铜纳米流体为工质的小型毛细泵回路平板热管，包括蒸发器、蒸汽通道、冷凝器和液体通道，所述的蒸发器内设有双层毛细结构，双层毛细结构由两种规格的不锈钢丝网组成，蒸发器中设有铜纳米颗粒悬浮液，蒸发器一端通过蒸汽通道连接冷凝器的一端，冷凝器的另一端通过液体通道连接到蒸发器的另一端。本发明利用铜纳米颗粒悬浮液强化毛细泵回路热管传热特性，可以有效地降低系统总热阻，提高最大散热功率，并能实现长距离、无附加动力的能量传输过程。文档编号F28D15/02GK101231147SQ200810033730公开日2008年7月30日申请日期2008年2月21日优先权日2008年2月21日发明者刘振华,吕伦春,亮廖,杨雪飞,然鲍申请人:上海交通大学